JP4041063B2

JP4041063B2 - Nanowire filament

Info

Publication number: JP4041063B2
Application number: JP2003422583A
Authority: JP
Inventors: ニール・ダブリュー・メイヤー; ジェイムス・イー・エレンソン
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: JP2004202682A; US6936496B2; TW200423217A; US20040121509A1; EP1432019A1; US7294899B2; US20060076644A1

Description

本発明は、概して、化学的、生物学的及び環境的分析に関する。より詳細には、本発明はナノワイヤフィラメントの製造法及び該ナノワイヤフィラメントを利用するセンサに関する。 The present invention relates generally to chemical, biological and environmental analysis. More particularly, the present invention relates to a method for producing a nanowire filament and a sensor using the nanowire filament.

化学、生物、マイクロメカニカル、マイクロエレクトロニクス及びマイクロ流体の各分野において、モニタリング（監視）及びセンシング（検出）への関心が高まっている。健康、安全、電気機器の性能及び環境に影響を及ぼす因子についての意識及び懸念によって、リアルタイムに、より小規模に、さらにより小型のパッケージにおいて化学的、生物学的及び環境的状態を検出し、特定し、監視することのできる技術が求められている。 In the fields of chemistry, biology, micromechanics, microelectronics, and microfluidics, there is an increasing interest in monitoring and sensing. Detect chemical, biological and environmental conditions in smaller, even smaller packages in real time, with awareness and concerns about factors affecting health, safety, electrical equipment performance and the environment, There is a need for technologies that can be identified and monitored.

これらの要求に応じて、精巧な検査手順及びハードウエアを応用し、簡略化し、改善し、さらにそのコストを削減することに焦点を絞って成功を収めている商業市場が現れてきている。現在、家庭用一酸化炭素監視装置、飲料水水質監視装置及び煙感知器が、非常に普及している。これらの装置の多くは、新たな建造物のための要件になってきている。これらの環境センサ製品に加えて、個人用の健康監視装置及び健康検査装置に焦点を当てた市場も急激に拡大している。例えば、その市場には、ブドウ糖をモニタするために血液をサンプリングし、分析することができる多数のシステムが存在する。コンピューティング革命と同じように、集中管理によるセンシングから、分散及び埋込式センシングへの展開が進行中である。こうした流行を考えると、広範な化学的、環境的及び生物学的センサ技術を利用するインテリジェントで、ポータブルで、ワイヤレスで、ウエブを利用できる自己診断製品が近い将来に需要があるという予測は確かである。さらに、いっそう小型の、さらにはナノスケールのセンサ及びセンシング装置の需要もあるであろう。 In response to these demands, a successful commercial market has emerged that focuses on applying, simplifying, improving, and reducing the cost of sophisticated inspection procedures and hardware. Currently, household carbon monoxide monitoring devices, drinking water quality monitoring devices and smoke detectors are very popular. Many of these devices are becoming a requirement for new buildings. In addition to these environmental sensor products, the market focused on personal health monitoring and health testing equipment is also expanding rapidly. For example, there are many systems on the market that can sample and analyze blood to monitor glucose. As with the computing revolution, the development of sensing from centralized management to distributed and embedded sensing is ongoing. Given these trends, there is no doubt that intelligent, portable, wireless, web-enabled self-diagnostic products utilizing a wide range of chemical, environmental and biological sensor technologies will be in the near future. is there. In addition, there will be a demand for even smaller and even nanoscale sensors and sensing devices.

上記の各応用形態において、及び他の応用形態の場合において、より検出限界が低く、選択性、感度がより高く、携帯可能で、リアルタイムに応答することへの要求は高く、今後も益々高くなると考えられる。 In each of the above-mentioned application forms and in the case of other application forms, the detection limit is lower, the selectivity and sensitivity are higher, the portability is high, and the demand for responding in real time is high. Conceivable.

現時点で利用可能な標準的なセンサよりもはるかに感度が高く、且つ極めて小型のセンサを構成するのに利用できるナノワイヤフィラメントの製造法、並びに該ナノワイヤフィラメントを利用するセンサを提供する。 A method of manufacturing a nanowire filament that is much more sensitive than standard sensors currently available and that can be used to construct a very small sensor is provided, as well as a sensor that utilizes the nanowire filament.

本発明の一実施形態によれば、本発明は、センサを構成するのに利用できるナノワイヤフィラメントの製造法を提供する。当該方法は、１）極めて近接した導体を形成するステップ、２）前記極めて近接した導体間を接合する連結酸化物を形成するステップ、及び３）前記連結酸化物中を通して、前記極めて近接した導体間にナノワイヤフィラメントを溶融させるステップ、とからなる。 According to one embodiment of the present invention, the present invention provides a method of manufacturing a nanowire filament that can be used to construct a sensor. The method includes 1) forming a very close conductor, 2) forming a connecting oxide joining the very close conductors, and 3) passing through the connecting oxide and between the very close conductors. And fusing the nanowire filament.

本発明により、非常に感度が高く、且つ極めて小型のセンサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a sensor with extremely high sensitivity and extremely small size.

図１は、導体３０Ａ、３０Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ、３４Ａ、３４Ｂ、３６Ａ及び３６Ｂから構成される極めて近接した導体対３８、４０、４２及び４４の実施形態の幾つかの概略平面図を示す。以下にさらに詳細に説明するように、ナノワイヤフィラメントを、極めて近接した導体間に形成することができる。本明細書の概略図は寸法通りに描かれているわけではなく、所与の極めて近接した導体対３８、４０、４２あるいは４４において、導体は約６０オングストロームだけ離隔して配置されていることを理解されたい。ただし、「極めて近接した」は又、より短い間隔あるいはより長い間隔を指す場合もある。 FIG. 1 shows several schematic plan views of embodiments of very close conductor pairs 38, 40, 42 and 44 comprised of conductors 30A, 30B, 32A, 32B, 34A, 34B, 36A and 36B. As described in more detail below, nanowire filaments can be formed between very close conductors. The schematics in this specification are not drawn to scale, and in a given very close conductor pair 38, 40, 42 or 44, the conductors are spaced about 60 angstroms apart. I want you to understand. However, “very close” may also refer to shorter or longer intervals.

導体３０Ａ〜３６Ｂは基材４６上に形成されており、該基材は、シリコン、又は例えばガリウムヒ素のような、いくつかの他の適切なマイクロエレクトロニクス、マイクロメカニカルあるいは集積回路材料とすることができる。基材４６の導電率によっては、基材４６と導体３０Ａ〜３６Ｂとの間に、酸化物層のような絶縁層を形成して、基材４６を介する短絡を防ぐことが望ましい場合もある。導体３０Ａ〜３６Ｂは、半導体製造において用いられるもののような、感光性マスクを基材４６上において用いて、リソグラフィ技法によって形成することができる。導体３０Ａ〜３６Ｂは又、米国特許第６、４３２、７４０号に開示されるようなナノインプリンティング技術を用いて形成することもできる。 Conductors 30A-36B are formed on a substrate 46, which may be silicon or some other suitable microelectronic, micromechanical or integrated circuit material such as gallium arsenide. it can. Depending on the conductivity of the base material 46, it may be desirable to form an insulating layer such as an oxide layer between the base material 46 and the conductors 30 </ b> A to 36 </ b> B to prevent a short circuit through the base material 46. The conductors 30A-36B can be formed by lithographic techniques using a photosensitive mask on the substrate 46, such as those used in semiconductor manufacturing. The conductors 30A-36B can also be formed using nanoimprinting techniques as disclosed in US Pat. No. 6,432,740.

導体３０Ａ〜３６Ｂは、種々の形状のものを形成することができる。一実施形態において、導体３０Ａ及び３０Ｂは、極めて近接した導体対３８において、先のとがった近接表面４８を有している。別の実施形態においては、導体３４Ａ及び３４Ｂは、極めて近接した導体対４２において、長方形の近接表面５０を有する。さらに別の実施形態においては、導体３６Ａ及び３６Ｂは、極めて近接した導体対４４において、弧状の近接表面５２を有する。近接表面に関しては、他の形状及び構造を用いることもできる。導体の構造及び形状を変更することに加えて、導体は、極めて近接した導体対３８、４２及び４４のように、１８０°離れて配置される必要はない。導体３２Ａ及び３２Ｂは、１８０°とは異なる角度で分離された極めて近接した導体対４０の実施形態の一例である。簡単のため、図１の先のとがった導体３０Ａ及び３０Ｂのような、先のとがった導体が以下の説明において用いられることになるが、用途に応じて、他のタイプ、形状及び導体間角度も同様に用いることができることを理解されたい。 The conductors 30A to 36B can be formed in various shapes. In one embodiment, conductors 30A and 30B have a pointed proximal surface 48 in a very close conductor pair 38. In another embodiment, conductors 34A and 34B have a rectangular proximity surface 50 in a very close conductor pair 42. In yet another embodiment, conductors 36A and 36B have an arcuate proximal surface 52 in a very close conductor pair 44. Other shapes and structures can be used for the proximity surface. In addition to changing the structure and shape of the conductors, the conductors need not be 180 degrees apart, as are the very close conductor pairs 38, 42 and 44. Conductors 32A and 32B are an example of an embodiment of a very close conductor pair 40 separated by an angle different from 180 °. For simplicity, pointed conductors, such as pointed conductors 30A and 30B in FIG. 1, will be used in the following description, although other types, shapes and interconductor angles may be used depending on the application. It should be understood that can be used as well.

図２Ａは、酸化物５４がその上に形成されている極めて近接した導体３０Ａ、３０Ｂの一実施形態を示す概略平面図である。酸化物５４は、導体３０Ａ、３０Ｂ材料から酸化物層を成長させることにより、又は酸化物５４を付着させることにより形成することができる。酸化物５４は、極めて近接した導体３０Ａ、３０Ｂ間の領域を橋絡し、連結酸化物５６が形成されるように形成しなければならない。図２Ｂは、酸化物５８が付着によってその上に形成されている極めて近接した導体３０Ａ、３０Ｂの一実施形態の概略平面図を示す。重ねて、酸化物５８は、極めて近接した導体３０Ａ、３０Ｂ間の領域を橋絡し、連結酸化物５６を形成している。酸化物５４、５８は、ａ）マスキングを用いるか否か、ｂ）極めて近接した導体３０Ａ、３０Ｂの形状、及びｃ）酸化物５４、５８を形成するために用いられる製造工程の特性に応じて、数多くの形状をとり得る。簡単のため、各実施形態に関して、１種類の酸化物を説明することになる。しかしながら、酸化物５４、５８が、連結酸化物５６を形成し、極めて近接した導体３０Ａ及び３０Ｂ間の領域を橋絡しさえすれば、ある特定の設計要件に基づいて、酸化物５４、５８の形状及び／又は酸化物５４、５８を形成する方法を変更できることを理解されたい。例えば、酸化物５４を形成することにより、極めて近接した導体３０Ａ及び３０Ｂを完全に覆うことができ、それにより極めて近接した導体３０Ａ、３０Ｂを、後の製造段階において形成され得る他の構成要素から絶縁することができる。 FIG. 2A is a schematic plan view showing one embodiment of conductors 30A, 30B in close proximity with oxide 54 formed thereon. The oxide 54 can be formed by growing an oxide layer from the conductor 30A, 30B material, or by depositing the oxide 54. The oxide 54 must be formed so as to bridge the region between the very close conductors 30A, 30B and form a connecting oxide 56. FIG. 2B shows a schematic plan view of one embodiment of conductors 30A, 30B in close proximity with oxide 58 formed thereon by deposition. Again, the oxide 58 bridges a region between the conductors 30A and 30B that are very close to each other to form a connecting oxide 56. The oxides 54, 58 depend on a) whether masking is used, b) the shape of the conductors 30A, 30B in close proximity, and c) the characteristics of the manufacturing process used to form the oxides 54, 58. Can take many shapes. For simplicity, one type of oxide will be described for each embodiment. However, as long as the oxides 54, 58 form the connecting oxide 56 and bridge the region between the very close conductors 30A and 30B, based on certain design requirements, the oxides 54, 58 It should be understood that the shape and / or method of forming the oxides 54, 58 can be varied. For example, forming oxide 54 can completely cover conductors 30A and 30B that are in close proximity, thereby allowing conductors 30A and 30B that are in close proximity from other components that may be formed in a later manufacturing stage. Can be insulated.

図３は、連結酸化物５６の中を通して、極めて近接した導体３０Ａ及び３０Ｂ間に形成されているナノワイヤフィラメント６０を有する回路５９の一実施形態を示す概略図である。極めて近接した導体３０Ａと３０Ｂとの間に、変化する電圧及び／又は固定された電圧を印加することにより、極めて近接した導体３０Ａと３０Ｂとの間にトンネル電流を生成することができる。該トンネル電流が十分に大きい場合には、電熱反応に起因して、連結酸化物５６の一部が溶融することになり、極めて近接した導体３０Ａ及び３０Ｂからの金属材料を、連結酸化物５６中を通して移動させ、ナノワイヤフィラメント６０を形成することができる。このエレクトロマイグレーションによって形成されるナノワイヤフィラメント６０は金属製であり、極めて近接した導体３０Ａ及び３０Ｂと同じ金属から構成される。 FIG. 3 is a schematic diagram illustrating one embodiment of a circuit 59 having a nanowire filament 60 formed between the conductors 30A and 30B in close proximity through the connecting oxide 56. FIG. By applying a varying voltage and / or a fixed voltage between the very close conductors 30A and 30B, a tunneling current can be generated between the very close conductors 30A and 30B. When the tunnel current is sufficiently large, a part of the connection oxide 56 is melted due to the electrothermal reaction, and the metal material from the conductors 30A and 30B that are in close proximity to each other is contained in the connection oxide 56. Through which the nanowire filament 60 can be formed. The nanowire filament 60 formed by this electromigration is made of metal and is made of the same metal as the conductors 30A and 30B that are in close proximity.

図３のナノワイヤフィラメント６０は、極めて近接した導体３０Ａ及び３０Ｂの金属、極めて近接した導体３０Ａ及び３０Ｂの構造及び角度関係、溶融処理中に極めて近接した導体３０Ａ及び３０Ｂ間に印加される電圧のレベル、溶融処理中に極めて近接した導体３０Ａ及び３０Ｂに電圧が印加されている時間、及び溶融処理に使用される電圧源に設けられる任意の電流リミット、にある程度依存する抵抗を有する。 The nanowire filament 60 of FIG. 3 shows the metal of very close conductors 30A and 30B, the structure and angular relationship of the very close conductors 30A and 30B, the level of voltage applied between the very close conductors 30A and 30B during the melting process. It has a resistance that depends to some extent on the time during which voltage is applied to conductors 30A and 30B in close proximity during the melting process, and any current limit provided to the voltage source used for the melting process.

図４Ａの実施形態に示すように、酸化物５４は、ナノワイヤフィラメント６０周囲の領域６２から除去することができる。あるいは又、図４Ｂの実施形態に示すように、酸化物５４のさらに多くの部分、あるいは酸化物５４の全ての部分を、ナノワイヤフィラメント６０及び極めて近接した導体３０Ａ、３０Ｂから除去することができる。図５Ａ及び図５Ｂは、２つの実施可能な回路５９の実施形態を示す、図４Ａ及び図４Ｂの断面図（断面線５−５に沿って見たもの）である。図５Ａに具現される回路５９においては、ナノワイヤフィラメント６０は、基材４６と実質的に接触して形成されており、結果として、ナノワイヤフィラメント６０は、基材４６によって支持されており、上面及び側面は露出している。図５Ｂに具現される回路５９においては、ナノワイヤフィラメント６０は、極めて近接した導体３０Ａ、３０Ｂ間を橋絡しており、上面、下面及び側面が露出しており、極めて近接した導体３０Ａ及び３０Ｂとは接触していない。この場合、ナノワイヤフィラメント６０は、酸化物５４の中を通して溶融されたため、基材４６とは接触していない。酸化物５４が、ナノワイヤフィラメント６０の領域から除去されるとき、橋絡しているナノワイヤフィラメント６０を形成することができる。簡単のため、ナノワイヤフィラメント６０は、これ以降、橋絡しているものとして示すことになるが、本明細書において説明する実施形態及びそれと同等のものにおいて、ナノワイヤフィラメント６０を支持することもできることを理解されたい。 As shown in the embodiment of FIG. 4A, the oxide 54 can be removed from the region 62 around the nanowire filament 60. Alternatively, as shown in the embodiment of FIG. 4B, more portions of oxide 54, or all portions of oxide 54, can be removed from nanowire filament 60 and conductors 30A, 30B in close proximity. 5A and 5B are cross-sectional views (as viewed along section line 5-5) of FIGS. 4A and 4B showing two possible circuit 59 embodiments. In the circuit 59 embodied in FIG. 5A, the nanowire filament 60 is formed substantially in contact with the substrate 46, and as a result, the nanowire filament 60 is supported by the substrate 46, and the top surface and The side is exposed. In the circuit 59 embodied in FIG. 5B, the nanowire filament 60 bridges between the conductors 30A and 30B that are very close to each other, the upper surface, the lower surface, and the side surfaces are exposed, and the conductors 30A and 30B that are extremely close to each other Are not touching. In this case, the nanowire filament 60 is not in contact with the substrate 46 because it has been melted through the oxide 54. When the oxide 54 is removed from the region of the nanowire filament 60, a bridging nanowire filament 60 can be formed. For simplicity, the nanowire filament 60 will hereinafter be shown as being bridged, but it can also support the nanowire filament 60 in the embodiments described herein and equivalents thereof. I want you to understand.

図６は、センサ６８を形成するためにコントローラ６６に接続されている回路６４の一実施形態を示す概略図である。コントローラ６６には、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル電子回路、アナログ電子回路あるいはその組み合わせが含まれる。センサ回路６４は、基材４６、及び基材４６に接続している一対の極めて近接した導体３０Ａ、３０Ｂを有する。ナノワイヤフィラメント６０は、導体３０Ａと３０Ｂとを接続しており、上記工程の実施形態あるいは同等の実施形態に従って形成される。センサ回路６４内のナノワイヤフィラメント６０は、「機能化」されている。「機能化」が意味するものには、ある特定の分析物７０との化学的あるいは電気的相互作用を促進あるいは抑制するレセプタ種をナノワイヤ表面に加えることにより、ナノワイヤ表面を、化学的あるいは物理的に変性する種々の処理が含まれる。「分析物」とは、検査、測定、監視、検出あるいは選別の対象となる任意の形態の任意の物質であり得る。機能化の結果として、分析物７０と反応あるいは相互作用することができる、物理的あるいは化学的に結合しているコーティング７２が生じ、そこでは、反応時に電荷移動が生じ、それを電気的に検出することができる。あるいは又、コーティング７２は、ナノワイヤフィラメント６０の表面に付加されている誘電体層とすることができ、それによって、変化した自由電荷が分析物７２を引き付けたり、あるいは付着するようになる。例えば、分析物が誘電体層表面に捕獲されるとき、不釣り合いな電荷によって、ナノワイヤフィラメント６０内に逆の電荷が誘導され、それをコントローラ６６によって検出することができる。他の方法においても、コントローラ６６は、抵抗、キャパシタンス、場合によっては所定の周波数における複素インピーダンスを測定することにより、ナノワイヤフィラメント６０の電気的状態を監視することができる。コントローラ６６にセンサ回路６４が１つだけ接続されているものを示しているが、センシング表面積を増大させるために、コントローラ６６にセンサ回路６４のアレイを接続させることもできる。 FIG. 6 is a schematic diagram illustrating one embodiment of a circuit 64 that is connected to a controller 66 to form a sensor 68. Controller 66 includes a microprocessor, application specific integrated circuit (ASIC), digital electronic circuit, analog electronic circuit, or a combination thereof. The sensor circuit 64 has a base 46 and a pair of very close conductors 30A and 30B connected to the base 46. The nanowire filament 60 connects the conductors 30A and 30B, and is formed according to the embodiment of the above process or an equivalent embodiment. The nanowire filament 60 in the sensor circuit 64 is “functionalized”. What is meant by “functionalization” is that a nanowire surface is chemically or physically added by adding a receptor species to the nanowire surface that promotes or inhibits chemical or electrical interaction with a particular analyte 70. Various treatments that denature are included. An “analyte” can be any material in any form that is subject to examination, measurement, monitoring, detection or sorting. The functionalization results in a physically or chemically bound coating 72 that can react or interact with the analyte 70, where charge transfer occurs during the reaction and is electrically detected. can do. Alternatively, the coating 72 can be a dielectric layer applied to the surface of the nanowire filament 60 such that the altered free charge attracts or attaches to the analyte 72. For example, when an analyte is captured on the surface of the dielectric layer, an imbalanced charge induces a reverse charge in the nanowire filament 60 that can be detected by the controller 66. Alternatively, the controller 66 can monitor the electrical state of the nanowire filament 60 by measuring resistance, capacitance, and possibly complex impedance at a predetermined frequency. Although only one sensor circuit 64 is connected to the controller 66, an array of sensor circuits 64 may be connected to the controller 66 to increase the sensing surface area.

図７は、処理済のナノワイヤフィラメントを構成するために用いることができる工程の一実施形態を示している。形成工程では、極めて近接した導体間に酸化物を形成する（７４）。溶融工程では、極めて近接した導体間に存在する酸化物の中を通して、ナノワイヤフィラメントを溶融させる（７６）。除去工程では、ナノワイヤフィラメントの少なくとも一部を露出させるために酸化物を除去する（７８）。処理工程では、少なくとも１つの分析物に対してナノワイヤの応答性を高めるために、ナノワイヤフィラメントを処理する（８０）。 FIG. 7 illustrates one embodiment of a process that can be used to construct a treated nanowire filament. In the forming step, an oxide is formed between very close conductors (74). In the melting process, the nanowire filaments are melted (76) through the oxide present between the very close conductors. In the removal step, the oxide is removed to expose at least a portion of the nanowire filament (78). In the processing step, the nanowire filaments are processed to increase the nanowire responsiveness to at least one analyte (80).

図８は、温度測定装置８２の一実施形態を示す概略図である。コントローラ８４が、基準接点８６及び検出接点８８に接続されている。コントローラ８４には、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル電子回路、アナログ電子回路あるいはその組み合わせが含まれる。検出接点８８は、２つの異なる金属間のバイメタル接点である。異なる金属からなるこの接点は、温度とともに変化する小さな電圧を生成し、熱電対と呼ばれる場合もある。熱電対において種々の金属あるいは合金の対を用いることにより、広範な温度、例えば２７０〜２５００℃の温度を測定することができる。熱電対のために用いることができる金属及び合金は当業者に既知である。簡単のため、金属が参照されることになるが、同様に合金を用いることもでき、用語「金属」あるいは「複数の金属」には合金も含まれることになる。 FIG. 8 is a schematic view showing an embodiment of the temperature measuring device 82. A controller 84 is connected to the reference contact 86 and the detection contact 88. The controller 84 includes a microprocessor, application specific integrated circuit (ASIC), digital electronic circuit, analog electronic circuit, or a combination thereof. The detection contact 88 is a bimetallic contact between two different metals. This contact made of different metals produces a small voltage that varies with temperature and is sometimes called a thermocouple. By using various metal or alloy pairs in the thermocouple, a wide range of temperatures can be measured, for example, temperatures between 270 and 2500 ° C. Metals and alloys that can be used for thermocouples are known to those skilled in the art. For simplicity, reference will be made to metals, but alloys can be used as well, and the term “metal” or “metals” will also include alloys.

基準接点８６も又、熱電対接点であり、検出導体がコントローラと接触しているシステム内において、さらに別の異なる熱電対を不要とするために設けられる。第１検出導体９０は、コントローラ８４を検出接点８８の第１端９２に接続する。第１検出導体９０は、第１金属、即ち該導体が接続されている検出接点８８の第１端９２と同じ金属から作製されている。第２検出導体９４は、検出接点８８の第２端９６を基準接点８６の第１端９８に接続している。第２検出導体は、第２金属、即ち該導体が接続されている検出接点８８の第２端９６及び基準接点８６の第１端９８と同じ金属から作製されている。第３検出導体１００は、基準接点８６の第２端１０２をコントローラ８４に接続している。第３検出導体１００は、第１の金属、即ち該導体が接続されている基準接点８６の第２端１０２と同じ金属から作製されている。一般的に、温度測定装置８２は、検出接点８８及び基準接点８６の温度差に比例する第１検出導体９０及び第３検出導体１００間の電圧Ｖ_１を読み取る。基準接点８６を既知の温度に保持することにより、既知の温度と電圧Ｖ_１を用いて、検出接点８８の温度を計算することができる。そのような熱電対計算方法は当業者には既知である。 The reference contact 86 is also a thermocouple contact and is provided to eliminate the need for another different thermocouple in the system where the sensing conductor is in contact with the controller. The first detection conductor 90 connects the controller 84 to the first end 92 of the detection contact 88. The first detection conductor 90 is made of a first metal, that is, the same metal as the first end 92 of the detection contact 88 to which the conductor is connected. The second detection conductor 94 connects the second end 96 of the detection contact 88 to the first end 98 of the reference contact 86. The second detection conductor is made of a second metal, that is, the same metal as the second end 96 of the detection contact 88 to which the conductor is connected and the first end 98 of the reference contact 86. The third detection conductor 100 connects the second end 102 of the reference contact 86 to the controller 84. The third detection conductor 100 is made of the first metal, that is, the same metal as the second end 102 of the reference contact 86 to which the conductor is connected. In general, the temperature measuring device 82 reads the voltage V ₁ between the first detection conductor 90 and the third detection conductor 100 that is proportional to the temperature difference between the detection contact 88 and the reference contact 86. By holding the reference contact 86 at a known temperature, the temperature of the sensing contact 88 can be calculated using the known temperature and voltage V ₁ . Such thermocouple calculation methods are known to those skilled in the art.

図９は、既知の温度に保持することのできる熱電対基準接点１０４の一実施形態を概略的に示している。熱電対基準接点１０４の本実施形態においては、熱源１０６がバイメタルナノワイヤフィラメント１０８に接続されている。バイメタルナノワイヤフィラメント１０８は熱電対であり、較正済あるいは既知の熱量をバイメタルナノワイヤフィラメント１０８に伝達するように、前記熱源１０６がバイメタルナノワイヤフィラメント１０８に接続されている。基準接点１０４を既知の温度に保持することにより、それを検出熱電対接点８８で温度を測定するために用いることができる。 FIG. 9 schematically illustrates one embodiment of a thermocouple reference junction 104 that can be maintained at a known temperature. In this embodiment of the thermocouple reference contact 104, the heat source 106 is connected to the bimetallic nanowire filament 108. The bimetallic nanowire filament 108 is a thermocouple, and the heat source 106 is connected to the bimetallic nanowire filament 108 so as to transfer a calibrated or known amount of heat to the bimetallic nanowire filament 108. By keeping the reference contact 104 at a known temperature, it can be used to measure the temperature at the sensing thermocouple contact 88.

図１０及び図１１は、熱電対基準接点１０９の一実施形態、及び熱電対基準接点１０９を作製する具体的な方法を概略的に示す断面図である。抵抗層１１０を基材１１２上に付着させることができる。例えば、基材１１２は、二酸化シリコンの層を含むシリコンとすることができ、抵抗層１１０は、タンタル−アルミニウムとすることができる。接点１１４Ａ及び１１４Ｂを抵抗層１１０上に形成することができ、このとき、抵抗層１１０の領域１１６は接触点１１４Ａ、１１４Ｂによって覆われないようにする。抵抗層１１０の厚みは、接点１１４Ａと１１４Ｂとの間の領域１１６において所望の抵抗が得られるように調整することができる。接点１１４Ａ及び１１４Ｂ間に印加される電流によって、領域１１６内の抵抗を、再現性のある既知の温度まで加熱する。こうして、半導体プロセスを用いて、信頼性が高く、小規模の熱源を作り出すことができる。 FIGS. 10 and 11 are cross-sectional views schematically illustrating an embodiment of a thermocouple reference contact 109 and a specific method of making the thermocouple reference contact 109. Resistive layer 110 can be deposited on substrate 112. For example, the substrate 112 can be silicon including a layer of silicon dioxide, and the resistive layer 110 can be tantalum-aluminum. Contacts 114A and 114B can be formed on resistive layer 110, such that region 116 of resistive layer 110 is not covered by contact points 114A, 114B. The thickness of the resistive layer 110 can be adjusted so that a desired resistance is obtained in the region 116 between the contacts 114A and 114B. A current applied between contacts 114A and 114B heats the resistance in region 116 to a reproducible known temperature. Thus, a semiconductor process can be used to create a reliable and small-scale heat source.

酸化物層１１８を、接点１１４及び露出した抵抗領域１１６上に形成し、それらの素子を絶縁させることができる。第１の導体１２０は、第１金属から形成することができ、第２の導体１２２は、第１金属とは異なる第２金属から形成することができる。導体１２０、１２２はそれぞれ、図１〜図７の極めて近接した導体に関して説明されたものと同様の極めて近接した導体を形成するために、極めて近接した導体として形成される。図１〜図７の極めて近接した導体は同じ金属にすることも異なる金属にすることもできたが、図１０及び図１１の極めて近接した導体１２０及び１２２は、異なる金属としなければならない。連結酸化物１２４を、異なる金属からなる極めて近接した導体１２０及び１２２間に形成させる。異なる金属からなる極めて近接した導体１２０及び１２２間に、変化する電圧及び／又は固定された電圧を印加することにより、異なる金属からなる極めて近接した導体１２０及び１２２間にトンネル電流を生成することができる。トンネル電流が十分に大きい場合には、電熱反応に起因して連結酸化物１２４の一部が溶融することになり、極めて近接した導体１２０及び１２２からの異なる金属材料が、連結酸化物１２４中を通って移動し、図１１に示すようなバイメタルナノワイヤフィラメント１２６を形成することができる。このエレクトロマイグレーションによって形成されるバイメタルナノワイヤフィラメント１２６は熱電対であり、極めて近接した導体１２０及び１２２内に存在する金属から構成されている。 An oxide layer 118 can be formed over the contacts 114 and the exposed resistive regions 116 to insulate those elements. The first conductor 120 can be formed from a first metal, and the second conductor 122 can be formed from a second metal different from the first metal. The conductors 120, 122 are each formed as very close conductors to form very close conductors similar to those described with respect to the very close conductors of FIGS. Although the very close conductors of FIGS. 1-7 could be the same metal or different metals, the very close conductors 120 and 122 of FIGS. 10 and 11 must be different metals. A connecting oxide 124 is formed between very close conductors 120 and 122 of different metals. By applying a varying voltage and / or a fixed voltage between very close conductors 120 and 122 made of different metals, a tunneling current can be generated between the very close conductors 120 and 122 made of different metals. it can. If the tunneling current is sufficiently large, a portion of the linking oxide 124 will melt due to the electrothermal reaction, and different metal materials from the conductors 120 and 122 in close proximity will flow through the linking oxide 124. It is possible to move through and form a bimetallic nanowire filament 126 as shown in FIG. The bimetallic nanowire filament 126 formed by this electromigration is a thermocouple, and is composed of a metal that exists in the conductors 120 and 122 in close proximity.

図１１の熱電対基準接点１０９は、図１２の実施形態に示すように、温度測定装置８２に用いることができる。検出接点１２８が設けられる。検出接点１２８は、先に記載した図５Ｂの回路５９と同様に形成することができる。本実施形態では、導体３０Ａ及び３０Ｂを異なる金属から形成し、その結果生じるナノワイヤフィラメント６０がバイメタルナノワイヤフィラメント、即ち熱電対、となるようにしなければならない。 The thermocouple reference contact 109 of FIG. 11 can be used for the temperature measuring device 82 as shown in the embodiment of FIG. A detection contact 128 is provided. The detection contact 128 can be formed in the same manner as the circuit 59 of FIG. 5B described above. In this embodiment, the conductors 30A and 30B must be formed from different metals so that the resulting nanowire filament 60 is a bimetallic nanowire filament, ie a thermocouple.

図１１の熱電対基準接点１０９は、図１２の検出接点１２８に接続されている。基準接点１０９及び検出接点１２８は、いずれもコントローラ８４に接続されている。第１検出導体９０は、コントローラ８４を検出接点１２８の第１端９２に接続する。第１検出導体９０は、第１金属、即ち該導体が接続されている検出接点１２８の第１端９２の極めて近接した導体３０Ｂと同じ金属から作製されている。第２検出導体９４は、検出接点１２８の第２端９６を基準接点１０９の第１端９８に接続している。第２検出導体９４は、第２金属、即ち該導体が接続されている検出接点１２８の第２端９６の極めて近接した導体３０Ａと同じ金属及び基準接点１０９の第１端９８の極めて近接した導体１２２と同じ金属から作製されている。第３検出導体１００は、基準接点１０９の第２端１０２をコントローラ８４に接続する。第３検出導体１００は、第１金属、即ち該導体が接続されている基準接点１０９の第２端１０２の極めて近接した導体１２０と同じ金属から作製されている。一般的に、温度測定装置８２は、検出接点１２８及び基準接点１０９の温度差に比例する第１検出導体９０及び第３検出導体１００間の電圧Ｖ_１を読み取る。基準接点１０９は、領域１１６内の抵抗１１０によってバイメタルナノワイヤフィラメント１２６を加熱することにより、既知の温度に保持することができる。検出接点１２８内のナノワイヤフィラメント６０の温度は、バイメタルナノワイヤフィラメント１２６の既知の温度、並びに第１検出導体９０及び第３検出導体１００間の電圧Ｖ_１を用いて計算することができる。 The thermocouple reference contact 109 in FIG. 11 is connected to the detection contact 128 in FIG. Both the reference contact 109 and the detection contact 128 are connected to the controller 84. The first detection conductor 90 connects the controller 84 to the first end 92 of the detection contact 128. The first detection conductor 90 is made of the same metal as the first metal, that is, the conductor 30B in close proximity to the first end 92 of the detection contact 128 to which the conductor is connected. The second detection conductor 94 connects the second end 96 of the detection contact 128 to the first end 98 of the reference contact 109. The second detection conductor 94 is a second metal, ie, the same metal as the conductor 30A in close proximity to the second end 96 of the detection contact 128 to which the conductor is connected and a conductor in close proximity to the first end 98 of the reference contact 109. It is made of the same metal as 122. The third detection conductor 100 connects the second end 102 of the reference contact 109 to the controller 84. The third detection conductor 100 is made of the same metal as the first metal, that is, the conductor 120 in close proximity to the second end 102 of the reference contact 109 to which the conductor is connected. In general, the temperature measuring device 82 reads a voltage V ₁ between the first detection conductor 90 and the third detection conductor 100 that is proportional to the temperature difference between the detection contact 128 and the reference contact 109. The reference contact 109 can be maintained at a known temperature by heating the bimetallic nanowire filament 126 with a resistor 110 in the region 116. The temperature of the nanowire filament 60 in the detection contact 128 can be calculated using the known temperature of the bimetallic nanowire filament 126 and the voltage V ₁ between the first detection conductor 90 and the third detection conductor 100.

図１２に具現される温度測定装置８２は、その製造時に半導体プロセスを用いることにより、比較的低コストで、且つ小型のパッケージに構成することができる。基準接点１０９の熱源は、起動の際に高速のオン応答及び安定化時間とを有し、ある一定の既知の温度に容易に保持される。検出接点１２８のナノワイヤフィラメント６０は、ナノワイヤフィラメント６０を包囲する酸化物層がないものとして示しているが、用途によっては、図３の実施形態における連結酸化物５６と同様に、ナノワイヤフィラメント６０を包囲する連結酸化物を残すことが望ましい場合もある。検出接点１２８が化学的、機械的及び／又は環境的に過酷な測定領域内で用いられる場合でも、連結酸化物は、ナノワイヤフィラメント６０と測定領域とが依然として熱的に接続できるようにしながら、ナノワイヤフィラメント６０に対して隔離及び保護効果をもたらすことができる。同様に、装置８２が導電性あるいは腐蝕性の測定領域内で用いられるとき、ナノワイヤフィラメント６０を誘電体によってコーティングし絶縁することができるか、又は化学薬品をコーティングし化学的に隔離させることができる。 The temperature measuring device 82 embodied in FIG. 12 can be configured in a small package at a relatively low cost by using a semiconductor process at the time of manufacture. The heat source of the reference junction 109 has a fast on response and stabilization time during start-up and is easily maintained at a certain known temperature. Although the nanowire filament 60 of the sensing contact 128 is shown as having no oxide layer surrounding the nanowire filament 60, in some applications, similar to the linking oxide 56 in the embodiment of FIG. In some cases, it may be desirable to leave the connecting oxide. Even when the sensing contact 128 is used in a chemically, mechanically and / or environmentally harsh measurement region, the linking oxide allows the nanowire filament 60 and the measurement region to remain thermally connected while still being in the nanowire. An isolation and protection effect can be provided for the filament 60. Similarly, when the device 82 is used in a conductive or corrosive measurement region, the nanowire filament 60 can be coated and insulated with a dielectric, or can be coated and chemically isolated with a chemical. .

基準接点１０９に関して、極めて近接した導体１２０及び１２２間に電圧を印加することによって連結酸化物１２４を溶融し、バイメタルナノワイヤフィラメント１２６を形成するとき、絶縁酸化物１１８を介して抵抗層１１０まで溶融が生じることのないように注意を払わねばならない。本問題に注意を払う必要性を回避する１つの方法は、図１３に具現されるような基準接点１３０を製造することである。 With respect to the reference contact 109, when the connecting oxide 124 is melted by applying a voltage between the conductors 120 and 122 in close proximity to form the bimetallic nanowire filament 126, it melts to the resistance layer 110 through the insulating oxide 118. Care must be taken not to occur. One way to avoid the need to pay attention to this problem is to produce a reference contact 130 as embodied in FIG.

図１３は、熱電対基準接点１３０の一実施形態、及び熱電対基準接点１３０を作製する具体的な方法を示す概略断面図である。極めて近接した導体１３２Ａ及び１３２Ｂを、絶縁性基材１３４上に形成する。極めて近接した導体１３２Ａ及び１３２Ｂは、異なる金属から形成する。連結酸化物１３６を、前記極めて近接した導体１３２Ａ及び１３２Ｂ間に形成し、その後、前記極めて近接した導体１３２Ａ及び１３２Ｂ間に電圧を印加して、連結酸化物１３６中を通してバイメタルナノワイヤフィラメント１３８を溶融させる。熱電対基準接点１３０上に形成されることになる他の導電性素子との短絡を防ぐために、前記極めて近接した導体１３２Ａ及び１３２Ｂ上に絶縁層１４０を形成する。絶縁層１４０及び連結酸化物１３６に共通の材料を用いる場合には、連結酸化物１３６の形成と同時に、絶縁層１４０を形成することが望ましい場合もある。その後、抵抗層１４２を、バイメタルナノワイヤフィラメント１３８に近接して絶縁層１４０上に形成することができる。抵抗層１４２上に接点１４４Ａ及び１４４Ｂを形成し、バイメタルナノワイヤフィラメント１３８に接続される抵抗領域１４６を画定する。こうして、熱電対基準接点１３０の本実施形態は、再現性のある温度まで確実に加熱することができる。また本実施形態は、バイメタルナノワイヤフィラメント１３８が、ヒータ抵抗の形成前に溶融し、それによって製造工程において抵抗層１４２が溶融する危険性がないという利点も有する。 FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating one embodiment of a thermocouple reference contact 130 and a specific method of making the thermocouple reference contact 130. Very close conductors 132A and 132B are formed on the insulating substrate 134. The very close conductors 132A and 132B are formed from different metals. A linking oxide 136 is formed between the very close conductors 132A and 132B, and then a voltage is applied between the very close conductors 132A and 132B to melt the bimetallic nanowire filament 138 through the linking oxide 136. . In order to prevent a short circuit with other conductive elements to be formed on the thermocouple reference contact 130, an insulating layer 140 is formed on the conductors 132A and 132B in close proximity. When a common material is used for the insulating layer 140 and the coupling oxide 136, it may be desirable to form the insulating layer 140 simultaneously with the formation of the coupling oxide 136. A resistive layer 142 can then be formed on the insulating layer 140 proximate to the bimetallic nanowire filament 138. Contacts 144A and 144B are formed on the resistive layer 142 to define a resistive region 146 connected to the bimetallic nanowire filament 138. Thus, this embodiment of the thermocouple reference contact 130 can be reliably heated to a reproducible temperature. The present embodiment also has an advantage that the bimetallic nanowire filament 138 is melted before the heater resistance is formed and there is no risk that the resistance layer 142 is melted in the manufacturing process.

ナノワイヤ検出回路が有する非常に敏感な特性によって、抵抗の微小変化を正確に測定することが必要とされる場合がある。図１４及び図１５は、ナノワイヤセンサ回路１４８の実施形態を概略的に示している。４つのナノワイヤフィラメント６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ及び６０Ｄを、上記方法の実施形態及びそれと同等のものを用いて、極めて近接した導体３０Ａと３０Ｂとの間、１５０Ａと１５０Ｂとの間、１５２Ａと１５２Ｂとの間、及び１５４Ａと１５４Ｂとの間にそれぞれ形成することができる。極めて近接した導体対３８、１５６、１５８及び１６０を連結し、ホイートストンブリッジ１６２を形成することができる。ナノワイヤフィラメント６０Ｂ、６０Ｃ及び６０Ｄの抵抗は、再現性のある製造工程を介して知ることができる。ナノワイヤフィラメント６０Ａは、検査あるいは測定環境に対して露出あるいは接続することができる。ナノワイヤフィラメント６０Ａの抵抗は、本明細書全体にわたって論じている種々の環境条件によって変化がもたらされ、それ故、その環境状態を測定するために用いることができる。他の実施形態においては、ナノワイヤフィラメント６０Ａの抵抗に熱が影響を及ぼす場合があり、それによりナノワイヤフィラメント６０Ａはサーミスタとして機能するようになる。回路１４８は、ナノワイヤフィラメント６０Ａの抵抗の微小変化を検出することができ、温度を測定するための装置及び方法を与えることができる。他の状況においては、ナノワイヤフィラメント６０Ａ（極めて近接した導体３０Ａ及び３０Ｂ間に橋絡されていても、されていなくてもよい）上にかけられる歪み及び応力によって、ナノワイヤフィラメント６０Ａの抵抗が変化する場合もある。回路１４８はこれらの抵抗の微小変化を検出することができ、それによってナノスケールの応力及び歪みゲージを実現することができる。図１５に具現されるナノワイヤ検出回路１４８においては、ナノワイヤフィラメント６０Ａが、図６の実施形態に記載しているようなコーティング７２と同様に、コーティング７２によって機能化されている。コーティング７２は、分析物７０と選択的に結合あるいは反応することができ、それによって種々の環境状態に応じて、ナノワイヤフィラメント６０Ａの抵抗を変化させることができる。該回路１４８は、これらの抵抗の微小変化を検出することができ、それによってマイクロ流体（気体あるいは液体）、微量化学及び微小電気に関する監視、測定及び検出が可能となる。 Due to the very sensitive characteristics of the nanowire detection circuit, it may be necessary to accurately measure minute changes in resistance. 14 and 15 schematically illustrate an embodiment of the nanowire sensor circuit 148. Four nanowire filaments 60A, 60B, 60C and 60D can be used to connect between conductors 30A and 30B, between 150A and 150B, and between 152A and 152B, using the above method embodiment and the like. And between 154A and 154B, respectively. Very close conductor pairs 38, 156, 158 and 160 can be connected to form a Wheatstone bridge 162. The resistance of the nanowire filaments 60B, 60C and 60D can be known through a reproducible manufacturing process. The nanowire filament 60A can be exposed or connected to an inspection or measurement environment. The resistance of the nanowire filament 60A is altered by the various environmental conditions discussed throughout this specification and can therefore be used to measure its environmental state. In other embodiments, heat may affect the resistance of the nanowire filament 60A, thereby causing the nanowire filament 60A to function as a thermistor. Circuit 148 can detect minute changes in the resistance of nanowire filament 60A and can provide an apparatus and method for measuring temperature. In other situations, the resistance of the nanowire filament 60A changes due to strain and stress applied on the nanowire filament 60A (which may or may not be bridged between conductors 30A and 30B in close proximity). There is also. Circuit 148 can detect these small changes in resistance, thereby realizing nanoscale stress and strain gauges. In the nanowire detection circuit 148 embodied in FIG. 15, the nanowire filament 60A is functionalized by the coating 72, similar to the coating 72 as described in the embodiment of FIG. The coating 72 can selectively bind or react with the analyte 70, thereby changing the resistance of the nanowire filament 60A in response to various environmental conditions. The circuit 148 can detect minute changes in these resistances, thereby allowing monitoring, measurement and detection of microfluidics (gas or liquid), microchemistry and microelectricity.

図１４及び図１５の実施形態においては、コントローラ１６４によってホイートストンブリッジ１６２を監視することができる。コントローラ１６４には、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル電子回路、アナログ電子回路あるいはその組み合わせが含まれる。ホイートストンブリッジ１６２は、４つのノード１６６、１６８、１７０及び１７２を有し、該ノードにおいて４つの極めて近接した導体対３８、１５６、１５８、１６０が連結されている。検出ナノワイヤフィラメント６０Ａは、第１ノード１６６と第２ノード１７０との間に配置されている。検出ナノワイヤフィラメント６０は、未知の抵抗を有する第１の抵抗として機能することができる。第１の既知のナノワイヤフィラメント６０Ｃは、第２ノード１７０と第３ノード１６８との間に配置されている。第１の既知のナノワイヤフィラメント６０Ｃは、既知の抵抗を有する第２の抵抗として機能することができる。第１ノード１６６から、第２ノード１７０を介して、第３ノード１６８に至る回路パスは、ホイートストンブリッジ１６２の第１の区間と見なすことができる。第２の既知のナノワイヤフィラメント６０Ｂは、第１ノード１６６と第４ノード１７２との間に配置されている。第２の既知のナノワイヤフィラメント６０Ｂは、既知の抵抗を有する第３の抵抗として機能することができる。第３の既知のナノワイヤフィラメント６０Ｄは、第４ノード１７２と第３ノード１６８との間に配置されている。第３の既知のナノワイヤフィラメント６０Ｄは、既知の抵抗を有する第４の抵抗として機能することができる。第１ノード１６６から、第４ノード１７２を介して、第３ノード１６８に至る回路パスは、ホイートストンブリッジ１６２の第２の区間と見なすことができる。第１ノード１６６において、ホイートストンブリッジ１６２の一端に電圧１７４を印加することができ、一方、第３ノード１６８において、ホイートストンブリッジ１６２の他端にグランド電位１７６を印加することができる。コントローラ１６４は、第２ノード１７０及び第４ノード１７２においてホイートストンブリッジ１６２に接続することができる。一例において、ナノワイヤフィラメント６０Ｂ、６０Ｃ及び６０Ｄの既知の抵抗が等しいと仮定すると、コントローラ１６４が第２ノード１７０において測定する電圧が、コントローラ１６４が第４ノード１７２において測定する電圧に等しいとき、センサナノワイヤフィラメント６０Ａの抵抗は、既知の抵抗のうちの１つの抵抗に等しい。第２ノード１７０の電圧が、第４ノード１７２の電圧よりも低い場合には、センサナノワイヤフィラメント６０Ａの抵抗は、既知の抵抗のうちの１つの抵抗よりも大きくなり、区間内の電流と、センサナノワイヤフィラメント６０Ａの両端の電圧降下を見て、オームの法則から計算することができる。一方、第２ノード１７０の電圧が、第４ノード１７２の電圧よりも高い場合には、センサナノワイヤフィラメント６０Ａの抵抗は、既知の抵抗のうちの１つの抵抗よりも小さくなり、区間内の電流と、センサナノワイヤフィラメント６０Ａの両端の電圧降下を見て、オームの法則から計算することができる。そのような計算は、当業者には既知である。 In the embodiment of FIGS. 14 and 15, the Wheatstone bridge 162 can be monitored by the controller 164. Controller 164 includes a microprocessor, application specific integrated circuit (ASIC), digital electronic circuit, analog electronic circuit, or a combination thereof. The Wheatstone bridge 162 has four nodes 166, 168, 170 and 172 at which four very close conductor pairs 38, 156, 158, 160 are connected. The detection nanowire filament 60 </ b> A is disposed between the first node 166 and the second node 170. The detection nanowire filament 60 can function as a first resistor having an unknown resistance. The first known nanowire filament 60 </ b> C is disposed between the second node 170 and the third node 168. The first known nanowire filament 60C can function as a second resistor having a known resistance. A circuit path from the first node 166 to the third node 168 through the second node 170 can be regarded as a first section of the Wheatstone bridge 162. The second known nanowire filament 60B is disposed between the first node 166 and the fourth node 172. The second known nanowire filament 60B can function as a third resistor having a known resistance. A third known nanowire filament 60D is disposed between the fourth node 172 and the third node 168. The third known nanowire filament 60D can function as a fourth resistor having a known resistance. A circuit path from the first node 166 to the third node 168 through the fourth node 172 can be regarded as the second section of the Wheatstone bridge 162. A voltage 174 can be applied to one end of the Wheatstone bridge 162 at the first node 166, while a ground potential 176 can be applied to the other end of the Wheatstone bridge 162 at the third node 168. The controller 164 can be connected to the Wheatstone bridge 162 at the second node 170 and the fourth node 172. In one example, assuming that the known resistances of nanowire filaments 60B, 60C, and 60D are equal, when the voltage measured by controller 164 at second node 170 is equal to the voltage measured by controller 164 at fourth node 172, the sensor nanowire The resistance of the filament 60A is equal to the resistance of one of the known resistances. When the voltage at the second node 170 is lower than the voltage at the fourth node 172, the resistance of the sensor nanowire filament 60A is greater than the resistance of one of the known resistances, and the current in the interval and the sensor It can be calculated from Ohm's law by looking at the voltage drop across the nanowire filament 60A. On the other hand, when the voltage of the second node 170 is higher than the voltage of the fourth node 172, the resistance of the sensor nanowire filament 60A is smaller than one of the known resistances, and the current in the section The voltage drop across the sensor nanowire filament 60A can be seen and calculated from Ohm's law. Such calculations are known to those skilled in the art.

特定の実施形態に応じて、本明細書に網羅される概念によるナノワイヤフィラメントを使用し製造するために、及び該ナノワイヤフィラメントを利用するセンサ回路及び集積回路を使用し製造するために、添付の特許請求の範囲内において、種々の他の構造的及び機能的に等価な変更形態及び代替形態を実施できることは明らかである。 In accordance with certain embodiments, the attached patents for using and manufacturing nanowire filaments according to the concepts covered herein and for using and manufacturing sensor circuits and integrated circuits that utilize the nanowire filaments Obviously, various other structurally and functionally equivalent modifications and alternatives may be implemented within the scope of the claims.

極めて近接した導体の種々の実施形態を示す概略図Schematic showing various embodiments of conductors in close proximity 酸化あるいは酸化物の付着によって酸化物がその上に形成されている極めて近接した導体の一実施形態を示す概略図Schematic showing one embodiment of a very close conductor having oxide formed thereon by oxidation or oxide deposition 酸化物の付着によって酸化物がその上に形成されている極めて近接した導体の一実施形態を示す概略図Schematic illustrating one embodiment of a very close conductor having oxide formed thereon by oxide deposition 極めて近接した導体間にあるナノワイヤフィラメントの一実施形態を示す概略平面図Schematic plan view showing one embodiment of nanowire filaments between very close conductors 極めて近接した導体間にあるナノワイヤフィラメントの一実施形態を示す概略平面図Schematic plan view showing one embodiment of nanowire filaments between very close conductors 極めて近接した導体間にあるナノワイヤフィラメントの一実施形態を示す概略平面図Schematic plan view showing one embodiment of nanowire filaments between very close conductors 極めて近接した導体間にあるナノワイヤフィラメントの一実施形態を示す概略断面図Schematic cross-sectional view illustrating one embodiment of a nanowire filament between very close conductors 極めて近接した導体間に橋絡されているナノワイヤフィラメントの一実施形態を示す概略断面図Schematic cross section showing one embodiment of nanowire filaments bridged between very close conductors センサ用処理済ナノワイヤフィラメントの一実施形態を示す概略図Schematic illustrating one embodiment of a processed nanowire filament for sensors 処理済ナノワイヤフィラメントを構成する工程の一実施形態One embodiment of a process for constructing a treated nanowire filament 温度測定装置の一実施形態を示す概略図Schematic showing one embodiment of a temperature measuring device 熱電対基準接点の一実施形態を示す概略図Schematic illustrating one embodiment of a thermocouple reference junction 極めて近接した導体に接続される熱源の一実施形態を示す概略断面図Schematic cross-sectional view showing one embodiment of a heat source connected to very close conductors 熱電対基準接点の一実施形態を示す概略断面図Schematic sectional view showing an embodiment of a thermocouple reference junction 温度測定装置の一実施形態を示す概略図Schematic showing one embodiment of a temperature measuring device 熱電対基準接点の一実施形態を示す概略断面図Schematic sectional view showing an embodiment of a thermocouple reference junction ナノワイヤセンサ回路の一実施形態を示す概略図Schematic illustrating one embodiment of a nanowire sensor circuit ナノワイヤセンサ回路の一実施形態を示す概略図Schematic illustrating one embodiment of a nanowire sensor circuit

Explanation of symbols

３０Ａ導体
３０Ｂ導体
３２Ａ導体
３２Ｂ導体
３４Ａ導体
３４Ｂ導体
３６Ａ導体
３６Ｂ導体
３８極めて近接した導体（対）
４０極めて近接した導体（対）
４２極めて近接した導体（対）
４４極めて近接した導体（対）
４６基材
４８先のとがった極めて近接した表面
５０長方形の極めて近接した表面
５２弧状の極めて近接した表面
５４酸化物
５６連結酸化物
５８酸化物
５９回路
６０（バイメタル）ナノワイヤフィラメント
６０Ａ検出ナノワイヤフィラメント（未知の抵抗）
６０Ｂ第２ナノワイヤフィラメント
６０Ｃ第１ナノワイヤフィラメント
６０Ｄ第３ナノワイヤフィラメント
６８センサ
７０分析物
７２コーティング
８２温度測定装置
８４コントローラ
８６（熱電対）基準接点
１０４（熱電対）基準接点
１０６熱源
１０９（熱電対）基準接点
１１０薄膜抵抗
１２０導体
１２２導体
１２４連結酸化物
１２６バイメタルナノワイヤフィラメント
１２８検出接点
１３０熱電対基準接点
１３２Ａ導体
１３２Ｂ導体
１３６連結酸化物
１３８バイメタルナノワイヤフィラメント
１４２薄膜抵抗
１４８回路
１５０Ａ導体
１５０Ｂ導体
１５２Ａ導体
１５２Ｂ導体
１５４Ａ導体
１５４Ｂ導体
１６２ホイートストンブリッジ
１６４コントローラ
１６６第１ノード
１６８第３ノード
１７０第２ノード
１７２第４ノード
30A conductor 30B conductor 32A conductor 32B conductor 34A conductor 34B conductor 36A conductor 36B conductor 38 conductors in close proximity (pair)
40 Very close conductors (pair)
42 Very close conductors (pair)
44 Very close conductors (pair)
46 substrate 48 pointed very close surface 50 rectangular very close surface 52 arced very close surface 54 oxide 56 linked oxide 58 oxide 59 circuit 60 (bimetal) nanowire filament 60A detection nanowire filament (unknown) Resistance)
60B second nanowire filament 60C first nanowire filament 60D third nanowire filament 68 sensor 70 analyte 72 coating 82 temperature measuring device 84 controller 86 (thermocouple) reference contact 104 (thermocouple) reference contact 106 heat source 109 (thermocouple) reference Contact 110 Thin film resistor 120 Conductor 122 Conductor 124 Coupled oxide 126 Bimetal nanowire filament 128 Detection contact 130 Thermocouple reference contact 132A Conductor 132B Conductor 136 Coupled oxide 138 Bimetal nanowire filament 142 Thin film resistor 148 Circuit 150A Conductor 150B Conductor 152A Conductor 152B Conductor 154A Conductor 154B Conductor 162 Wheatstone bridge 164 Controller 166 First node 168 Third node 170 Second node 172 Second 4 nodes

Claims

Forming very close conductors;
Forming a connecting oxide between the very close conductors;
Applying a voltage between the very close conductors sufficient to generate a tunnel current between the very close conductors;
As a result of the tunneling current, electrically moving material from the very close conductors to form nanowire filaments;
A method for producing a nanowire filament comprising:

The method of claim 1, wherein the linking oxide is formed by deposition.

The method of claim 1, wherein the linking oxide is formed by growing an oxide from at least one of the very close conductors.

The method of claim 1, further comprising removing at least some of the linking oxide from the nanowire filament to expose the nanowire filament.

The exposed by either physically or chemically binding a coating that can react well with or interact with the analyte to the nanowire filament or add a dielectric layer to the nanowire filament. 5. The method of claim 4, further comprising the step of functionalizing the nanowire filament.

A method for producing a bimetallic nanowire filament,
Forming very close conductors by forming a first conductor made of a first metal and forming a second conductor made of a second metal;
Forming a connecting oxide between the very close conductors;
Applying a voltage between the very close conductors sufficient to generate a tunnel current between the very close conductors;
As a result of the tunneling current, electrically moving the first metal from the first conductor and the second metal from the second conductor to form a bimetallic nanowire filament;
A method consisting of:

Forming a thermocouple comprising bimetallic nanowire filaments manufactured according to claim 6;
Connecting a heat source to the thermocouple;
A method of manufacturing a thermocouple reference junction comprising:

The method of claim 1, wherein the resistance of the nanowire filament is determined by a combination of the time that the voltage is applied and the magnitude of the applied voltage while applying a voltage across the very close conductors.

Rousset capacitors which have a nano-wire filaments produced according to claim 1 as a sensing element.

First and second very close conductors;
Nanowire filaments manufactured according to claim 1 between said very close conductors;
A circuit consisting of

The circuit of claim 10, wherein the nanowire filament bridges the very close conductors.

11. The circuit of claim 10, further comprising a substrate that supports the conductors in close proximity, wherein the nanowire filaments are supported by the substrate.

The circuit of claim 10 further comprising a linking oxide connected to the nanowire filament.

The circuit of claim 10 further comprising a coating connected to the nanowire filament.

The circuit of claim 14, wherein the coating is selected from the group consisting of a dielectric coating, a reactive coating, an interactive coating, and a protective coating.

The nanowire filament has a resistance;
The circuit of claim 10, wherein the resistance of the nanowire filament varies with temperature.

The circuit of claim 10, wherein the closely adjacent conductors are at an angle other than 180 ° with respect to each other.

11. The very close conductors each include a very close surface selected from the group consisting of a pointed close proximity surface, a rectangular close proximity surface, and an arcuate very close surface. Circuit.

A first adjacent conductor of a first metal;
A second adjacent conductor of a second metal;
Bimetallic nanowire filaments manufactured according to claim 6 between said first and second adjacent conductors;
A circuit consisting of

A circuit according to claim 19;
A heat source connected to the bimetallic nanowire filament;
Thermocouple reference junction consisting of

The thermocouple reference contact of claim 20, further comprising a linking oxide connected to the bimetallic nanowire filament.

The thermocouple reference contact according to claim 20, wherein the bimetallic nanowire filament is connected to a surface of the heat source.

The thermocouple reference contact according to claim 20, wherein the heat source is connected to a surface of the bimetallic nanowire filament.

The thermocouple reference contact according to claim 20, wherein the heat source comprises a heater resistor.

The thermocouple reference contact of claim 24, wherein the heater resistance comprises a thin film resistor.

A controller,
A thermocouple detection contact connected to the controller;
A reference junction comprising a thermocouple reference junction according to claim 20;
And the reference contact is connected to the controller and the detection contact.

11. A circuit comprising a Wheatstone bridge having a first resistor that is an unknown resistor and second, third, and fourth resistors that are known resistors, wherein the first resistor comprises a circuit according to claim 10. .

28. The circuit of claim 27, wherein the second, third, and fourth resistors comprise the circuit of claim 13, respectively.

Further comprising a functionalized coating on the first resistance nanowire filament, wherein the functionalized coating can react well with or interact with the analyte physically or chemically bound 28. The circuit of claim 27, wherein the circuit is a coated coating.

11. A sensor comprising a circuit array, wherein each of the circuits comprises a circuit according to claim 10.

A method for measuring, monitoring or detecting an analyte comprising the step of monitoring the electrical state of a nanowire filament produced according to claim 1 between very close conductors.

32. The method of claim 31, wherein monitoring the electrical state of the nanowire filament is measuring the resistance of the nanowire filament, measuring the capacitance of the nanowire filament, or measuring the complex impedance of the nanowire filament.

32. The step of monitoring the electrical state of the nanowire filament comprises incorporating the nanowire filament into a Wheatstone bridge as an unknown resistance and measuring a resistance of the nanowire filament using a controller. The method described.

A sensing nanowire filament connecting the first node and the second node;
A first nanowire filament having a known resistance connecting the second node and the third node;
A second nanowire filament having a known resistance connecting the first node and the fourth node;
A third nanowire filament having a known resistance connecting the fourth node and the third node;
A controller connected to the second node and the fourth node;
Means for electrically biasing the first node with respect to the third node;
The sensor comprising: the sensing nanowire filament, the first nanowire filament, the second nanowire filament, and the third nanowire filament are manufactured according to claim 1.

The method of claim 1, wherein forming the very close conductors comprises means selected from the group consisting of the use of lithography and the use of imprint lithography.